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Termodinâmica dos Materiais - Exemplos
Ex. 1. Um dispositivo horizontal pistão/cilindro é colocado em um banho termostático. O pistão
desliza no cilindro com atrito desprezível e uma força externa o mantém em posição contra uma pressão
inicial do gás de 14 bar. O volume inicial do gás é V1=0.01m3. A força externa sobre o pistão é reduzida
gradualmente, permitindo a expansão do gás até que o seu volume duplique. Experimentos mostram
que nestas condições o volume do gás está relacionado com a sua pressão de tal forma que o produto
PV = constante. Calcule o trabalho realizado sobre o gás. Que quantidade de trabalho seria realizada
sobre o gás se a força externa fosse subitamente reduzida à metade do seu valor inicial?
Ex. 2. Obtenha a expressão para o trabalho na compressão isotérmica reversível de 1 mol de gás em
um dispositivo pistão/cilindro. Considere que o volume molar do gás é dado por
V =
RT
P
+ b
onde b e R são constantes positivas.
Ex. 3. Ar, a 1 bar e 25 °C entra em um compressor com baixa velocidade. Ele é descarregado a
3 bar e entra em um bocal em que sofre uma expansão, atingindo uma velocidade final de 600m s−1, nas
mesmas condições iniciais de pressão e temperatura. Se o trabalho de compressão é de 240 kJ kg−1, que
quantidade de calor deve ser removida durante a compressão?
Ex. 4. Um quilograma de ar é aquecido reversivelmente, a pressão constante, de um estado inicial
de 300K e 1 bar até que o seu volume triplique. Calcule Q, W , ∆U e ∆H para este processo. Admita
que o ar obedeça a relação PV /T =83.14 bar cm3mol−1K−1 e que Cp =29 Jmol−1K−1.
Ex. 5. Calcule o calor necessário para elevar a temperatura de 1mol de metano de 260 °C a 600 °C em
um processo com escoamento a uma pressão suficientemente pequena de tal forma que o metano possa
ser considerado um gás ideal.
Ex. 6. Qual é a temperatura final quando 2500 kJ de calor são fornecidos a 15mol de 1-buteno, inici-
almente a 260 °C, em um trocador de calor em escoamento estacionário, a uma pressão aproximadamente
igual à atmosférica?
Ex. 7. Qual é a temperatura máxima que pode ser alcançada pela combustão do metano com 20%
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de excesso de ar? O metano e o ar são alimentados no combustor a 25 °C.
Ex. 8. Uma corrente gasosa que deixa um queimador de enxofre é constituída por 15% de SO2,
20% de O2 e 65% de N2, em base molar. Esta corrente, à pressão atmosférica e a 400 °C, entra em
um conversor catalítico onde 86% do SO2 são oxidados a SO3. Com base em 1mol de gás entrando no
conversor, qual a quantidade de calor que deve ser removida do conversor de tal forma que o gás que
deixa o equipamento esteja a 500 °C?
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